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南理工陸瑞鋒AM: 用于水分解的扭曲gC3N4雙層中的超快層間電荷分離、增強(qiáng)的可見光吸收和可調(diào)過電位

由二維范德華層狀結(jié)構(gòu)形成的莫爾超晶格及其應(yīng)用中引起了人們極大的關(guān)注。文獻(xiàn)中雖然報(bào)道了扭曲雙層系統(tǒng)催化性能的增強(qiáng)，但增強(qiáng)機(jī)制仍尚不明確。

南京理工大學(xué)陸瑞鋒團(tuán)隊(duì)通過高精度第一性原理和時(shí)間相關(guān)的從頭算非絕熱分子動力學(xué)計(jì)算(NAMD)，探索gC₃N₄扭曲雙層中的光激發(fā)躍遷和載流子動力學(xué)行為。

計(jì)算結(jié)果表明：

1. 扭曲的gC₃N₄雙層產(chǎn)生層間莫爾條紋，誘導(dǎo)每層上VB和CB軌道的定位，改變了VB和CB軌道的對稱性，并產(chǎn)生更好的電荷空間分離。

2. 在扭曲gC₃N₄雙層中發(fā)生超快層間電荷轉(zhuǎn)移，這促進(jìn)了電荷分離，導(dǎo)致電子和空穴在光激發(fā)后120 fs內(nèi)將被分離到不同的層。

3. 由于增加的躍遷偶極矩(TDM)沒有嚴(yán)格的對稱性而使得扭曲的gC₃N₄雙層顯示出更好的可見光吸收性能。

另外，不均勻的VB軌道分布導(dǎo)致不同位點(diǎn)的反應(yīng)活性不同，來自莫爾條紋的定位VB軌道調(diào)節(jié)了不同位點(diǎn)的HER和OER的過電位。扭曲的gC₃N₄雙層中HER的最低過電位為0.04 V，而OER的最低過電位為0.476 V。

Ultrafast Interlayer Charge Separation, Enhanced Visible-Light Absorption, and Tunable Overpotential in Twisted Graphitic Carbon Nitride Bilayers for Water Splitting. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202104695

原創(chuàng)文章，作者：Gloria，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/12/b7e4e00802/

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